Dobór systemu rozsączającego

W ofercie rynkowej znaleźć można wiele systemów tzw. przydomowych oczyszczalni ścieków. Różnią się one jednak między sobą, a na niektóre systemy trzeba wręcz patrzeć przez palce, żeby móc je zastosować zgodnie z zasadami sztuki. W wielu wypadkach projektanci podczas wyboru instalacji znacznie ograniczają nakłady finansowe, w interesie inwestora, jak tłumaczą, i tym samym budowane są wciąż systemy zanieczyszczające środowisko, w którym żyją także inwestorzy, jego rodzina i dzieci.

Sytuacji sprzyja fakt, że w Polsce nie powstała niestety żadna norma, która w sposób kompleksowy omawiałaby kwestie projektowo-techniczne wykonywania systemów rozsączania ścieków. Stąd obowiązek przeliczeń hydraulicznych systemu ciąży na projektantach.

Przeczytaj opracowanie nt. Prawnych i technicznych aspektów budowy przydomowych oczyszczalni ścieków »

Niewykonanie starannych obliczeń grozi upłynnieniem gruntów, co rodzi negatywne skutki i wpływa na złe postrzeganie tego sposobu odprowadzania ścieków bytowych i, co równie istotne, także ścieków deszczowych. Takie działania mogą znacząco ograniczać swobodny spływ ścieków i powodować powstawanie zagrożenia podtopień. Kwestie te są szczególnie aktualne ze względu na funkcjonujący obecnie program NFOŚiGW dofinansowania oczyszczalni przydomowych, który sprawia, że powstaje ich coraz więcej.

Powierzchnie rozsączania

W rozważaniach nad projektowaniem systemu rozsączania ścieków odwróćmy zwyczajowy tok rozumowania, odnosząc się wyłącznie do liczby osób na danej działce z oczyszczalnią przydomową do 50 OLM wg normy PN-EN 12566-3 [1]. Załóżmy małą zawartość zawiesiny w ściekach oczyszczonych i możliwość zastosowania podstawowego wzoru:

gdzie:
Qd_max – maksymalna dobowa ilość ścieków [m³/d],
q_dop – dopuszczalne obciążenie hydrauliczne [m³/m²/d].

Dopuszczalne obciążenie hydrauliczne (dla studni chłonnych) zależy od kategorii wodoprzepuszczalności gruntu i wynosi od 0,02 do 0,08 m³/m²/d, tj. 20–80 dm³/m²/d.

Dla drenażu klasycznego z tzw. osadnikami z rozsączaniem przyjmuje się dopuszczalne obciążenie hydrauliczne w ilości od 6 do 25 dm³/m²/d. Dla oczyszczalni przydomowych z I stopniem oczyszczania wartości te są oczywiście mniejsze.

Według niemieckiej normy DIN 4261 [2] (standard ten stosuje się jako pomoc dla projektantów i producentów i uzupełnienie dla zapisów normy PN-EN 12566-1 Małe oczyszczalnie ścieków dla obliczeniowej liczby mieszkańców (OLM) do 50. Cz. 1. Prefabrykowane osadniki gnilne) wymiary studni chłonnej można przyjmować przy założeniu, że na 1 mieszkańca przypada 1 m² powierzchni wsiąkania, a średnica studni nie może być mniejsza niż 1,0 m.

Przeczytaj artykuł o Indywidualnych systemach oczyszczania ścieków »

Z kolei w USA oblicza się wyłącznie powierzchnię wsiąkania ze ścian, ponieważ słusznie zauważono, że dno studni bardzo szybko się kolmatuje (zatyka) i staje nieprzepuszczalne. Przy założeniu odprowadzania ścieków oczyszczonych z mniejszą zawartością zawiesiny można zatem przyjąć najmniejsze powierzchnie – są to wymienione w DIN 4261 wartości 0,15 m³/m²/d/osobę lub 1 m²/1 osobę/1 dzień.

Poniżej podano przykład obliczeń niezbędnej powierzchni infiltracji w zależności od liczby osób korzystających z pojedynczego systemu oczyszczania ścieków i systemu rozsączania.

Podstawowe założenia są następujące:

• nie jest istotny rodzaj systemu rozsączania, ale hydrauliczna ilość medium,
• medium stanowią ścieki oczyszczone w procesie biologicznym z zawiesiną maks. 50 mg/dm³ − zgodnie z rozporządzeniem [3] jak dla oczyszczalni poniżej 2000 RLM,
• celowo pominięto analizę dla ścieków bytowych w zależności od stężeń zanieczyszczeń, gdyż przeprowadzone badania wskazują, że zawartość BZT5 wynosi ok. 320 g O/m³,
• nie dokonano badań zdolności rozsączania przy założeniu redukcji tylko 50-proc. (§ 11 ust. 5 rozporządzenia [3]), a więc ok. 190 mg/1 dm³. W tym przypadku następuje znacznie większa kolmatacja każdego systemu rozsączania z uwagi na ilość tej zawiesiny,
• dla bezpieczeństwa nie odjęto od ogólnej ilości ścieków objętości osadu nadmiernego powstającego w procesie ich oczysz­czania,
• przyjęto do bilansu ścieków pobór w wysokości 150 dm³/osobę/dzień. Jest to ilość wody adekwatna do perspektywy stopniowego nasycania gospodarstw domowych w urządzenia działające w oparciu o pobór wody i optymalne zabezpieczenie wydolności systemu,
• przyjęto minimalne obciążenie hydrauliczne na poziomie 110 dm³/osobę/dobę,
• jako nierównomierność dobową przyjęto Nd = 1,5, co oznacza tylko 50-proc. zwiększenie przepustowości hydraulicznej,
• jako wskaźnikowe i średnie dopuszczalne obciążenie hydrauliczne przyjęto wielkość maksymalną – 0,08 m³/m²/d.

Drenaż klasyczny

Przystępując do projektowania, należy pamiętać, że nitki drenażu powinny być oddalone od siebie o 2 m, a ich długość nie powinna przekraczać 20 m. Dopuszczenie odległości 1,5 m pomiędzy nitkami uważane jest przez autora za błąd i nie powinno być stosowane, gdyż grozi problemami w skutecznym działaniu systemu w przyszłości. Na terenie, na którym znajduje się instalacja rozsączania, nie mogą rosnąć drzewa, a powierzchnia przeznaczona pod drenaż musi być oddalona o min. 3 m od granic działki.

Wiele gmin preferuje drenaż klasyczny, a nawet naciska na jego zastosowanie. Jest on zasadny dla urządzeń obsługujących 5–6 RLM, czyli 3–4 osoby, gdyż dla tych wielkości jego zastosowanie jest stosunkowo niedrogie w porównaniu do innych systemów. Należy się jednak liczyć z oporem inwestora (właściciela działki) przed wyłączaniem jej dużych powierzchni z praktycznego użytkowania (poza możliwością założenia trawnika).

Zwróćmy też uwagę na kolumnę 7 w tab. 1, czyli ilość ziemi, którą trzeba wykopać dla zamontowania drenażu. Biorąc pod uwagę dopuszczalną minimalną podsypkę grubości 15 cm oraz warstwę ok. 5 cm na rurę drenarską ø 110, na każdy 1 m³ wybranej ziemi należy przewidzieć warstwę żwiru min. 31 cm o odpowiednim uziarnieniu (12–32 mm), co daje ok. 0,18 m² warstwy filtracyjnej. Dla 6 RLM jest to już 24,3 m³ masy filtratu, który trzeba kupić oraz tę samą ilość ziemi rodzimej wywieźć jako nadmiar z wykopu.

Kup Warunki techniczne jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. Tekst ujednolicony z komentarzem »

Drenaż musi być wykonany zgodnie z rozporządzeniem w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [4]. Za wskaźnikową normę dotyczącą obciążenia hydraulicznego można uznać DIN 4261 [2] zalecającą przyjęcie na 1 mieszkańca (M) następujących zależności:

• 10 mb./M w żwirach,
• 15 mb./M w pospółkach,
• 20 mb./M w piaskach.

Oznacza to, że dla średnich gleb nie powinno się wykonywać drenażu mniejszego niż 15 mb. na 1 mieszkańca. Konieczne jest też wykonywanie drenażu zgodnie z normą PN-C-89221 Rury z tworzyw sztucznych. Rury drenarskie karbowane z niezmiękczonego poli(chlorku winylu) (PVC-U) [5].

Studnie chłonne

Kolejnym mitem pokutującym wśród projektantów i wykonawców są studnie chłonne jako antidotum na konieczność wykonywania drenażu klasycznego o dużej powierzchni (przyjmijmy, że we wszystkich projektach zostały one prawidłowo obliczone i dobrane).

Studnie chłonne (rys. 1) stosowane są do wprowadzania ścieków do gruntu po uprzednim ich oczyszczeniu w pojedynczym systemie przez tzw. I stopień oczyszczania. Ścieki wsiąkają w grunt przez pozorne dno oraz przez otwory w ścianach umieszczone na wysokości warstwy filtracyjnej. Ich stosowanie ma szczególne uzasadnienie wówczas, gdy nie ma możliwości odprowadzania ścieków oczyszczonych do wód powierzchniowych. W takim przypadku oczyszczone w wysokim stopniu ścieki wprowadzane są do studni chłonnej.

Jednak studnie chłonne można stosować tylko w gruntach piaszczystych i wówczas, gdy ilość ścieków nie przekracza 1,0 m³/d, a poziom wody gruntowej znajduje się co najmniej 1,5 m poniżej dna studni. A to oznacza, że studnie chłonne można w praktyce zastosować tylko do 5 RLM.

Studnie chłonne są jednym z elementów oczyszczalni do 50 OLM przedstawionych w DIN 4261 [2]. Ścieki do studni chłonnej należy wprowadzić przewodem o średnicy nie mniejszej niż 150 mm, przy czym wypływające ścieki powinny trafiać na płytę zabezpieczającą przed rozmywaniem warstw filtracyjnych. Górna warstwa filtracyjna o wysokości min. 0,5 m powinna być wykonana z piasku, natomiast dolna, tzw. właściwa warstwa filtracyjna z drobnego żwiru.

Wysokość tej drugiej warstwy nie powinna być mniejsza niż 1,0 m. W obudowie studni chłonnej, na całej wysokości właściwej warstwy filtracyjnej, należy wykonać otwory o średnicy 20–30 mm służące do odprowadzania ścieków przefiltrowanych. Wokół studni w poszerzonym wykopie należy wykonać wydłużoną warstwę filtracyjną dla złagodzenia wypływu ścieków oczyszczonych odprowadzanych do gruntu.

Studnie chłonne mogą być zatem zalecane wyłącznie dla najmniejszej liczby osób. Przy 4 domownikach należy przyjąć obciążenie 6×(0,20–0,80) m³/m²/d (średnio 0,5 m³/m²/d). Niezbędna powierzchnia infiltracji wyliczana jest ze wzoru (1).

Nawet dla 4 osób (czyli 6 RLM) obciążenie hydrauliczne wymaga wykonania studni o średnicy ø 1500 mm. A to oznacza, że małe studnie chłonne z kręgów betonowych w systemach indywidualnych nie powinny być stosowane. Z góry można założyć, że wystąpi wybijanie ścieków i grunt wokół studni będzie nieustabilizowany (zjawisko upłynniania gruntu).

Zobacz, co jeszcze wymagane jest przy budowie przydomowych oczyszczalni ścieków »

Według zaleceń polskich przy określaniu wymiarów studni (kołowych lub prostokątnych) uwzględnia się jako powierzchnię filtracji powierzchnię dna oraz ścian do wysokości 1 m nad dnem. Według DIN 4261 wymiary studni chłonnej można ustalić przy założeniu, że na jednego mieszkańca przypada 1 m² powierzchni wsiąkania, natomiast średnica studni nie może być mniejsza niż 1,0 m.

Amerykańskie wytyczne podają, że powierzchnię wsiąkania (filtracji) określa się tylko dla ścian, gdyż dno studni chłonnej ulega szybkiej kolmatacji przez osady. Powierzchnię tę określa się, uwzględniając grubość poszczególnych warstw gruntu w wykopie oraz ich przesiąkliwość.

Reasumując, zasadność zastosowania studni chłonnych jest pod względem hydraulicznym wątpliwa, a w przypadku instalacji większej niż dla 6 RLM ich stosowanie powinno być całkowicie zakazane.

Tunele magazynująco-drenażowe

Tunele to jedne z ciekawszych rozwiązań. Przy wysokich parametrach wytrzymałościowych tunele mają duże powierzchnie rozsączające na 1 mb. ich długości. Tunele mają też duże objętości magazynujące, co predysponuje je do wykonywania instalacji zabezpieczających w przypadku deszczy nawalnych.

Tunel magazynowo-drenażowy zaprezentowany na rys. 2 ma powierzchnie dna oraz ścian równe 0,928 m². Łączna powierzchnia rozsączania wynosi 1,856 m². Dwa połączone elementy wystarczą zatem dla 4 RLM (pamiętać trzeba jeszcze o zakończeniach tunelu o pow. 2×0,288 = 0,576 m²), ale np. w wykopie o długości 10 mb. można swobodnie posadowić 8 elementów (łącznie 15,424 m² powierzchni rozsączalnych), co wystarcza już dla 15 RLM (10 osób z maksymalnym obciążeniem hydraulicznym). Warto zaznaczyć, że wymiary wykopu dla takiego wariantu wyniosą 10×1×1 m, czyli 10 m³ wybranej ziemi.

Dla porównania z innymi systemami warto zwrócić uwagę, że dla 6 RLM (4 mieszkańców) potrzebne będą trzy elementy ze ścianami czołowymi. Wykop miałby wówczas 4 mb. długości i 1 mb. szerokości i głębokości. Razem daje to tylko 4 m³ wykopu wobec 54 m³ w przypadku drenażu klasycznego.

Warto tutaj zauważyć, że dystrybutor podaje nawet większe powierzchnie przepuszczalności i proponuje 1 tunel na 1 osobę. Taka zasada jest zgodna zarówno z amerykańskimi, jak i niemieckimi wytycznymi z normy DIN 4261.

Tunele (komory) zaprezentowane na rys. 3 i 4 także mają aprobatę techniczną IBDiM (nr AT/2007-03-2251). Dla porównywalnych 6 RLM (czyli 4 osób) wykop taki miałby wymiary 1,6×3,0 = 4,8 m3 w przypadku komory SC-740 i 1,0×5,0×1,0 = 5 m3 w przypadku komór SC-310 wobec 54 m3 dla drenażu klasycznego. W przypadku tuneli SC-740 dla 15 osób 3 elementy mają powierzchnię rozsączającą ponad 18 m2, są zatem wystarczające dla 18 RLM (12 osób).

Na rynku polskim funkcjonuje kilka firm zajmujących się dystrybucją bądź wykonywaniem takich tuneli (komór). Przy wyborze dostawcy należy zwracać szczególną uwagę na dopuszczalne obciążenie komór umożliwiające swobodny przejazd samochodów ciężarowych.

Przeczytaj artykuł o Urządzeniach do infiltracji wód opadowych »

Obydwa opisane systemy tuneli (komór) rozsączających wymagają znacznie mniejszych powierzchni i wykopów. Właśnie koszty wykonania wykopów, zakupu obsypki, wywozu nadmiaru ziemi oraz zasypania wykopów sprawiają, że przy wyższych kosztach zakupu tuneli ostateczny koszt inwestycji jest jednak znacznie mniejszy.

Skrzynki magazynująco-rozsączające

Innym systemem rozsączania są skrzynki magazynująco-rozsączające. W porównaniu do tuneli mogą one stwarzać większe problemy z ewentualnym czyszczeniem zakolmatowanych powierzchni, jednak główni producenci proponują już systemy eliminujące ten problem. Dla porównania wybrano po jednym typie skrzynek dwóch firm (rys. 5).

Różnią się one wprawdzie nieznacznie wymiarami i ceną, jednak w przypadku inwestycji realizujących wiele systemów rozsączania różnice te mogą nabierać istotnego znaczenia. Firm oferujących skrzynki jest wiele, a przy doborze warto zwrócić uwagę na możliwość ich obciążenia i przeprowadzone badania. Zaleca się stosowanie skrzynek umożliwiających najazd samochodów ciężarowych i mających atesty techniczne.

Dla prezentacji technologii w tab. 4 porównano dwie przykładowe skrzynki. W przypadku 2. do porównania wybrano tzw. „półskrzynkę” z uwagi na zastosowanie do rozsączania ścieków bytowych, a nie ich magazynowania.

Porównując dane z tab. 4 z informacjami dotyczącymi tuneli rozsączających, należy zauważyć przewagę takiego systemu pod względem wykopów i potrzebnej powierzchni do zamontowania systemu. Pozostaje jeszcze porównanie cen inwestycji, należy przy tym pamiętać o konieczności zachowania odległości 3 m od granic działki.

Wariantowe koszty wykonania układu rozsączania

W celu porównania kosztów przyjęto instalację systemu rozsączania dla 6 RLM (4 osób) jako najbardziej reprezentatywną dla pojedynczych systemów oczyszczania ścieków. Poniżej wyszczególnione zostały różne systemy bez elementów (np. studzienek i wywiewek), które muszą być wykonane dla każdej instalacji. Analizie poddano kilka kosztorysów inwestorskich. Przyjęto najniższe stawki netto.

W wariancie zawartym w tab. 5 nie uwzględniono kosztów wywozu ziemi, ale należy podkreślić, że 17 m3 to ilość, której raczej nie rozplantuje się na działce. Okazuje się, że najbardziej cenotwórczym elementem jest w tym wypadku złoże o odpowiedniej granulacji. Oczywiście najdroższym elementem w wariancie zawartym w tab. 6 jest sama komora, ten typ rozsączania gwarantuje jednak długoletnie bezproblemowe użytkowanie, regeneracja złoża nie będzie też w tym przypadku stanowiła problemu. Wariant zawarty w tab. 7 ma zdecydowaną przewagę cenową nad drenażem klasycznym – stanowi zaledwie 40% jego kosztów.

Podsumowanie

W artykule przeanalizowano wyłącznie techniczną stronę problemów związanych z projektowaniem i budową instalacji, koncentrując uwagę na zdolności rozsączania różnych systemów oraz koniecznej dla nich powierzchni działki, która jest wyłączona z zagospodarowania, a nawet z nieuciążliwego użytkowania. Potencjalny inwestor powinien wymagać od projektanta lub wykonawcy określenia, jako kluczowych czynników wyboru, ilości (objętości) i ceny robocizny. Dopiero pełne dane pozwalają inwestorowi na rzeczywistą ocenę i wybór systemu. Należą do nich:

• ilość ziemi wykopanej wraz z ceną robocizny,
• ilość obsypki wraz z ceną zakupu i robocizny,
• ilość geowłókniny wraz z robocizną,
• ilość materiałów (elementów, rur itd.), koszty zakupu i posadowienia,
• zasypanie i zagęszczenie gruntu,
• wywóz nadmiaru ziemi.

Należy zwrócić uwagę, że przy drenażu zachodzi jeszcze problem z zachowaniem odpowiednich spadków.

Podsumowując, dla 6 RLM i większych instalacji ekonomicznie uzasadnione są systemy inne niż powszechnie stosowane obecnie studnie chłonne i drenaż klasyczny. Odstępstwa od powyżej podanych wymogów budowy takich instalacji w celu obniżenia ich kosztów grożą poniesieniem wysokich dodatkowych nakładów po kilku latach eksploatacji. Powinni ten fakt przeanalizować zarówno projektanci, jak i inwestorzy. W przypadku doboru tuneli i skrzynek jako magazynów na deszczówkę należy wziąć pod uwagę ich objętość (takie wykorzystanie nie zostało przeanalizowane w niniejszym artykule).

Literatura

1. PN-EN 12566-3+A1:2009 Małe oczyszczalnie ścieków dla obliczeniowej liczby mieszkańców (OLM) do 50. Cz. 3. Kontenerowe i/lub montowane na miejscu przydomowe oczyszczalnie ścieków.
2. DIN 4261-1 Kleinkläranlagen – Teil 1: Anlagen zur Schmutzwasservorbehandlung.
3. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub do ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego (DzU nr 137/2006, poz. 984).
4. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie. (DzU nr 75/2002, poz. 690, ze zm.).
5. PN-C-89221:1998/Az1:2004 Rury z tworzyw sztucznych. Rury drenarskie karbowane z niezmiękczonego poli(chlorku winylu) (PVC-U).
6. Błażejewski R., Kanalizacja wsi, PZITS, Poznań 2003.
7. Heidrich Z., Przydomowe oczyszczalnie ścieków, COIB, Warszawa 1998.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!